底板钻孔截流抽采技术在分叉煤层瓦斯治理中的应用

代精宇

（冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿，河北 邯郸 056500）

九龙矿为煤与瓦斯突出矿井，15240 工作面属于第Ⅱ地质单元无突出危险区域。该区域的2#煤层分为2 煤和2下煤，2 煤厚2.7 m，2下煤厚2.6 m，两层煤的层间距为14 m 左右，2下煤层未开采，开采2 煤时相当于开采了上保护层。在采动影响范围内，采取合理的瓦斯抽采技术措施，抽采2下煤层卸压富集瓦斯是最简单高效的分叉煤层瓦斯防治措施。正确分析采动条件下的覆岩裂隙发育特征、判断瓦斯富集区域[1-5]成为这一技术的关键点，从而合理布置截流钻孔，具备抽采时间长、抽采效果好等优点。

1 工作面瓦斯涌出来源及预测分析

1.1 本煤层瓦斯涌出量

工作面实测最大瓦斯含量6.5 m3/t，可解析瓦斯含量为5.7 m3/t，每日按2500 t 产量计算：

本煤层瓦斯涌出量=（2500×5.7）÷1440 ≈10 m3/min。

1.2 邻近煤层瓦斯涌出量

受采动影响，邻近煤层2下煤瓦斯将通过岩石裂隙涌出到工作面采空区。依据邻近15238 工作面回采期间瓦斯涌出情况预计2下煤瓦斯涌出量为3～6 m3/min，预计工作面最大瓦斯涌出量为16 m3/min。

2 上顺槽底板定向长钻孔瓦斯抽采技术

为了避免工作面回采期间瓦斯超限，在上巷开设了7 个常规高位钻场和2 个定向高位钻场，在常规钻场内施工普通高位钻孔，而在定向钻场内施工定向底板长钻孔。A2 号定向钻场共计布置3 个定向底板长钻孔，定向长钻孔孔径大、多层位进行控制，避免了普通钻孔工程量大及无效段长的问题，增加了瓦斯抽采量的同时又能保持连续抽采，极大地提高了瓦斯抽采效果。

2.1 定向底板长钻孔抽采技术应用原理

根据A1 号定向钻场定向长钻孔施工及抽采经验，优化A2 号定向钻场钻孔设计，合理调整钻孔数量和钻孔控制层位，保证钻孔连续性抽采，充分抽采采空区裂隙带及2下煤层群不同层位的高浓度瓦斯。钻孔施工结束后下入80 mΦ63 mm 护孔花管，提高抽采效果。利用地面大功率347 m3/min 瓦斯泵，配备大直径300 mm 瓦斯管路进行抽采，在钻孔抽采期间，大力推进抽采精细化，所有钻孔、放水器编号管理，每周测定钻孔抽采参数并填写管理牌板，定期调节钻孔参数，同等经济流速前提下，抽采量增加了2 倍，使抽采效果最大化。

2.2 定向底板长钻孔抽采技术试验

研究A2 号定向钻场和七号普通钻场。A2 号钻场设计布置3 个底板拦截长钻孔，钻孔开孔孔径为Φ159 mm，终孔孔径为Φ118 mm，终孔位置水平距上顺槽12 m、24 m、36 m，单孔孔深210～300 m，钻孔终孔层位为2 煤底板以下5～7 m。见图1。

图1 A2 号底板拦截长钻孔示意图

七号钻场设计布置14 个钻孔，分两排布置，钻孔终孔位置水平距上顺槽0～45 m，孔深 75～121 m，1#～3#、8#～10#钻孔终孔层位为2 煤顶板以上22 m，4#～7#、11#～14#钻孔终孔层位为2 煤顶板以上20 m。见图2。

图2 七号钻场钻孔布置示意图

七号钻场14 个钻孔总工程量平均为1300 m；A2 号钻场3 个底板拦截长钻孔总工程量平均为900 m，较七号钻场节省400 m，且定向钻机配套随钻测量系统，机械化、智能化提高显著，施工效率明显增加。在工作面回采期间，对A2 号、七号钻场抽采情况进行统计分析。

2.3 定向底板长钻孔瓦斯抽采效果

七号钻场于2021 年5 月5 日接抽，A2 号钻场于2021 年8 月1 日接抽。实测获得的七号钻场抽采量最大区间（5 月20 日—2 月29 日）及A2 号钻场抽采量最大区间（8 月25 日—9 月3 日）的抽采浓度、流量及纯量对比见表1。

表1 钻场抽采参数表

由表1 分析可知，对比连续10 d 瓦斯抽采数据，A2 号钻场平均抽采纯量为7.1 m3/min、平均抽采混量22 m3/min、平均抽采浓度31%，分别是七号钻场的1.6 倍、1.3 倍、1.1 倍。

定向钻孔技术可行，实施过程安全可靠，采用大直径定向底板长钻孔代替普钻高位钻孔，工程量明显降低，抽采钻孔空间增大，抽采阻力减少，钻孔有效段延长，能够保持连续抽采，抽采纯量增加了1.6 倍，成功拦截了2下煤层群卸压瓦斯。

3 下顺槽拦截钻孔瓦斯抽采技术

在下顺槽巷道应用普通钻机施工底板拦截钻孔，每间隔50 m 设计布置一组钻孔，每组布置10个钻孔。底板拦截钻孔在煤层底板岩石中钻进，且为正角度，避免了本煤层钻孔施工期间发生塌孔、埋钻等施工异常现象，钻进效率和成孔率有显著提高。拦截钻孔抽采2下煤层卸压瓦斯，增加抽采效果。

3.1 下顺槽拦截抽采技术应用原理

钻孔位于下顺槽上帮，在2煤中开孔，双排布置，下孔口筛管30 m，并保证钻孔封孔严密，钻孔方位朝向工作面切眼方向，超前50 m，实现了抽采钻孔连续性，避免了过钻场期间抽采效果不佳，以及引起瓦斯超限的局面。采用地面大功率347 m3/min 瓦斯泵，连接Φ250 mm 瓦斯管路进行抽采，优化钻孔控制终孔层位，强化钻孔抽采精细化管理，现场每个孔均编号管理，测口及放水器齐全可靠，配备参数测定牌板，定期调节各孔参数，保证抽采效果。

3.2 下顺槽钻孔抽采技术试验

在15240 工作面下顺槽上帮布置20 组钻孔，在2 煤中开孔，研究八号、九号钻场。八号钻场设计布置10 个顺煤层钻孔，孔深60～130 m；九号钻场设计布置10 个钻孔底板拦截钻孔，分两排布置，1#～5#钻孔终孔位置为2 煤底板以下至少3 m，6#～10#钻孔终孔层位为2 煤底板以下至少5 m。（见图3）。在工作面回采到钻孔控制范围时进行抽采，对八号、九号钻场进行瓦斯抽采效果观察对比。

图3 下顺槽八号、九号钻场钻孔布置示意图

3.3 下顺槽拦截钻孔瓦斯抽采技术应用效果

八号钻场于2021 年5 月接抽，九号钻场于2021 年5 月20 日接抽。实测获得的八号钻场抽采量最大区间（5 月10 日—2 月19 日）及九号钻场抽采量最大区间（5 月25 日—6 月3 日）的抽采浓度、流量及纯量对比见表2。

表2 钻场抽采参数表

由表2 统计分析，经过连续统计抽采量最大区间抽采数据，九号钻场平均抽采纯量为0.41 m3/min、平均抽采混量 3.9 m3/min、平均抽采浓度10.2%，分别为八号钻场的1.7 倍、1.6 倍和1.1 倍。

普通拦截钻孔瓦斯治理技术工艺简单，在岩石中钻进，实施过程容易成孔，不易埋钻，钻进效率高。优化钻孔多层位控制，超前进行卸压抽采，增加了1.7倍的抽采纯量，使抽采效果最大化。

4 瓦斯治理效果

15240 工作面通过采用上顺槽底板定向长钻孔和下顺槽拦截钻孔截流瓦斯抽采措施，总抽采量最大时达到11 m3/min，实现了瓦斯零超限，有效解决了未开采保护层回采期间瓦斯涌出量增大的难题，同时瓦斯治理措施的成功应用增加了工作面单产单进，创造了经济效益。

5 结论

1）应用定向钻机在上顺槽施工底板长钻孔抽采邻近2下煤层群卸压瓦斯，钻孔终孔层位位于2 煤底板下5～7 m，保证了抽采连续性并延长了钻孔服务时间，直至推到钻场时依然保持抽采高浓度瓦斯。

2）利用工作面下顺槽巷道施工底板拦截钻孔抽采邻近2下煤层群卸压瓦斯，钻孔终孔层位位于2煤底板以下3～5 m，多层位控制，朝向工作面方向超前50 m，成孔后全程下护孔筛管，保证抽采效果最大化。

3）截流钻孔抽采技术在分叉煤层瓦斯治理中的成功应用，保证了矿井安全，同时为其他类似地质条件矿井瓦斯治理工作提供了借鉴。